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| リンゴ酸合成酵素 | |||||||||
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 リンゴ酸合成酵素ホモ三量体、Haloferax volcanii | |||||||||
| 識別子 | |||||||||
| EC番号 | 2.3.3.9 | ||||||||
| CAS番号 | 9013-48-3 | ||||||||
| データベース | |||||||||
| インテンズ | IntEnzビュー | ||||||||
| ブレンダ | BRENDAエントリー | ||||||||
| エクスパス | NiceZyme ビュー | ||||||||
| ケッグ | KEGGエントリー | ||||||||
| メタサイク | 代謝経路 | ||||||||
| プリアモス | プロフィール | ||||||||
| PDB構造 | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| 遺伝子オントロジー | アミゴー / クイックゴー | ||||||||
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酵素学では、リンゴ酸合成酵素（EC 2.3.3.9）は化学反応を触媒する酵素である。
- アセチル-CoA + H 2 O + グリオキシル酸( S )-リンゴ酸 + CoA
この酵素の基質はアセチルCoA、H 2 O、グリオキシル酸の3つで、生成物は( S )-リンゴ酸とCoAの2つです。この酵素はピルビン酸代謝、グリオキシル酸およびジカルボキシレート代謝に関与しています。
命名法
この酵素はトランスフェラーゼファミリーに属し、特にアシル基をアルキル基に変換するアシルトランスフェラーゼに属します。この酵素クラスの系統名は、アセチル-CoA:グリオキシル酸C-アセチルトランスフェラーゼ（チオエステル加水分解、カルボキシメチル形成）です。一般的に使用される他の名前には、L-リンゴ酸グリオキシル酸リアーゼ（CoAアセチル化）、グリオキシル酸トランスアセチラーゼ、グリオキシル酸トランスアセターゼ、グリオキシル酸トランスアセターゼ、リンゴ酸縮合酵素、リンゴ酸シンテターゼ、リンゴ酸縮合酵素などがあります。
構造
リンゴ酸シンターゼは、アイソフォームAとGという2つの主要なファミリーに分類されます。アイソフォームGはモノマーでサイズは約80kDで、細菌にのみ見られます。[2]アイソフォームAはサブユニットあたり約65kDで、真核生物でホモ多量体を形成できます。[3]この酵素には、N末端のαヘリックス留め具と、 TIMバレル配列への2つの挿入から生じるα/βドメインの間に挟まれた中央のTIMバレルが含まれています。酵素は、C末端の5ヘリックスプラグで終了します。アセチルCoAとグリオキシル酸が酵素に結合する活性部位は、 TIMバレルとC末端プラグの間にあります。[4]結合すると、アセチルCoA分子は、アデニン環のN7とパンテテインテールのヒドロキシル基との間の分子内水素結合によって結合ポケットに挿入されたJ字型を形成します。[4]さらに、活性部位内の重要なマグネシウムイオンは、グリオキシル酸、グルタミン酸427、アスパラギン酸455、および2つの水分子と配位します。 [4]結合時にアセチルCoAと相互作用するアミノ酸は高度に保存されています。[2]各アイソフォームクラス内では配列同一性は高いですが、両クラス間の配列同一性は約15％に低下します。[5]明らかな機能を持たないアルファ/ベータドメインは、アイソフォームAには見られません。[6]
機構
リンゴ酸シンターゼのメカニズムは、アルドール反応とそれに続くチオエステル加水分解である。最初に、アスパラギン酸631が触媒塩基として働き、アセチルCoAのアルファ炭素からプロトンを抽出し、アルギニン338によって安定化されたエノラートを生成する。 [6]これは、メカニズムの律速段階であると考えられている。 [7]次に、新しく形成されたエノラートは、グリオキシル酸のアルデヒドを攻撃する求核剤として働き、アルギニン338と配位マグネシウムカチオンによって安定化された酸素に負電荷を与える。このマリルCoA中間体は、アシルCoA部分で加水分解を受けて、カルボキシレートアニオンを生成する。[2]酵素は最終的にリンゴ酸と補酵素Aを放出する。
関数
クエン酸回路（トリカルボン酸回路またはクレブス回路としても知られる）は、好気性生物がピルビン酸（解糖系の産物）から得られるアセチルCoAを酸化してエネルギーを生成するために使用される。クエン酸回路はアセチルCoAを受け入れ、それを代謝して二酸化炭素を形成する。グリオキシル酸回路と呼ばれる関連回路は、多くの細菌や植物に見られる。植物では、グリオキシル酸回路はグリオキシソームで起こる。[8]この回路では、イソクエン酸リアーゼとリンゴ酸シンターゼは、クエン酸回路の脱炭酸ステップをスキップする。言い換えれば、リンゴ酸シンターゼはグリオキシル酸回路のイソクエン酸リアーゼと一緒に働いて、クレブス回路の2つの酸化ステップをバイパスし、多くの微生物で酢酸または脂肪酸からの炭素の取り込みを可能にする。[9]これら2つの酵素は一緒になって、コハク酸（糖の合成に使用されるため回路から出る）とリンゴ酸（グリオキシル酸回路に残る）を生成するのに役立つ。このプロセスでは、アセチルCoAと水が基質として使用される。その結果、細胞はクレブス回路のように2分子の二酸化炭素を失うことはない。リンゴ酸シンターゼとイソクエン酸リアーゼによって促進されるグリオキシル酸回路により、植物や細菌はアセチルCoAまたは他の2炭素化合物で生存することができる。例えば、単細胞の真核藻類であるミドリムシは、エタノールを消費してアセチルCoAを形成し、続いて炭水化物を形成する。[10]発芽植物内では、グリオキシル酸回路により、グリオキシソーム内で貯蔵脂質が炭水化物に変換される。[11]
進化の歴史
リンゴ酸合成酵素は、トウモロコシを含むいくつかの植物では、同一のサブユニット（それぞれ約60kDa）の八量体として見つかっています。真菌カンジダではホモ四量体として、真正 細菌ではホモ二量体として見つかっています。リンゴ酸合成酵素はC.エレガンスではイソクエン酸リアーゼのC末端に融合しており、単一の二機能性タンパク質となっています。リンゴ酸合成酵素の正確な進化の歴史を決定するのに十分な配列情報が現在ありませんが、植物、真菌、C.エレガンスの配列はそれぞれ異なっており、古細菌との相同性は見られません。[12]
人間の活動
伝統的に、リンゴ酸合成酵素は細菌のグリオキシル酸回路の一部として説明されており、Strittmatterらによる研究以前には、ヒトタンパク質におけるリンゴ酸合成酵素活性は報告されていませんでした。この研究では、CLYBLがリンゴ酸合成酵素活性を持つヒトミトコンドリア酵素であることがわかりました。これは複数の真核生物 分類群に見られ、細菌で保存されています。CLYBLは、C末端ドメインの大部分を欠いており、比活性と効率が低いという点で他のリンゴ酸合成酵素と異なります。[13] CLYBLは、ミトコンドリアB12経路の3つのメンバーであるMUT、MMAA、およびMMABと強く共発現しているため、ビタミンB12代謝経路に関連しています。 [13]さらに、CLYBLタンパク質の喪失につながる機能喪失多型は、同時にヒト血漿中のB12の低レベルと関連しています。[13] CLYBLがビタミンB12代謝に関与する正確なメカニズムはよくわかっていませんが、シトラマリルCoAをピルビン酸とアセチルCoAに変換すると考えられています。この変換がなければ、シトラマリルCoAの前駆体であるイタコニルCoAが細胞内に蓄積し、ビタミンB12の不活性化につながります。この不活性化はメチオニンサイクルを阻害し、セリン、グリシン、1炭素、葉酸の代謝を低下させます。[14] [15]
臨床的意義
グリオキシル酸回路は細菌や真菌で発生するため、リンゴ酸シンターゼ（およびイソクエン酸リアーゼ）のメカニズムを研究することは、ヒト、動物、植物の病原性を理解する上で重要です。リンゴ酸シンターゼを研究することで、病原体が宿主内で生存できるようにする代謝経路が明らかになり、治療法も明らかになります。[16]結核菌、緑膿菌、ブルセラ・メリテンシス、大腸菌などの病原体におけるリンゴ酸シンターゼ活性については、多くの研究が行われてきました。
結核菌
リンゴ酸合成酵素とグリオキシル酸経路はM. tuberculosisにとって特に重要であり、感染の長期持続を可能にしている。[2] M. tuberculosisの細胞が貪食されると、細菌はグリオキシル酸シャント酵素をコードする遺伝子をアップレギュレーションする。[17] Mycobacterium tuberculosisは、リンゴ酸合成酵素との関連で最もよく研究されている病原体の一つである。Mycobacterium tuberculosisリンゴ酸合成酵素の構造と動態はよく分類されている。[18] [2]リンゴ酸合成酵素は、 Mycobacterium tuberculosisの生存に不可欠であり、細菌がアセチルCoAを長鎖炭水化物に同化して過酷な環境で生存できるようにする。さらに、リンゴ酸合成酵素は、イソクエン酸リアーゼによって生成されるグリオキシル酸の蓄積による毒性を防ぐ。[19]リンゴ酸合成酵素のダウンレギュレーションは、マクロファージ内の結核菌のストレス耐性、持続性、および増殖を減少させる。[20]この酵素は小分子によって阻害することができる（ただし阻害は微小環境に依存する）ため、これらが新しい化学療法として使用される可能性があることを示唆している。[21]
緑膿菌
緑膿菌はヒトに重篤な感染症を引き起こし、複数の治療法に耐性があることから世界保健機関によって重大な脅威とされている。グリオキシル酸シャントは、宿主生物における緑膿菌の増殖に不可欠である。2017年、McVeyらは緑膿菌リンゴ酸シンターゼGの3D構造を調べた。彼らは、それが4つのドメインからなるモノマーであり、他の病原体でも高度に保存されていることを発見した。彼らはさらに、計算分析を利用して、薬物標的となる可能性のある2つの結合ポケットを特定した。 [22]
ブルセラメリテンシス
ブルセラ・メリテンシスは、羊や牛の精巣上体の発熱や炎症を引き起こす病原菌で、未殺菌牛乳の摂取によって人間に感染する可能性がある。リンゴ酸合成酵素は、この細菌の潜在的な毒性因子として特定されている。2016年に、アディらは、触媒ドメインを特定し、潜在的な阻害剤を調査するために、タンパク質の3D結晶構造を構築した。彼らは、細菌に対する薬として機能する非経口毒性のある5つの阻害剤を特定し、ブルセラ症の可能な治療経路を示唆した。 [23]
大腸菌
大腸菌では、グリオキシル酸回路に必要な酵素をコードする遺伝子は、ポリシストロニックなaceオペロンから発現している。このオペロンには、リンゴ酸シンターゼ（aceB）、イソクエン酸リアーゼ（aceA）、イソクエン酸デヒドロゲナーゼキナーゼ/ホスファターゼ（aceK）をコードする遺伝子が含まれている。[24]
構造研究
2018年初頭現在、リンゴ酸合成酵素のいくつかの構造が解明されており、その中にはPDBアクセスコード2GQ3、1D8C、3OYX、3PUG、5TAO、5H8M、2JQX、1P7T、1Y8Bが含まれています。[25]
参考文献
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